535-15+535.233 Моделирование эмиссионных спектральных свойств термически неравновесного газа CO2 в диапазоне от 2000 до 2500 см-1 в атмосферах планет

Молчанов А. М. (ФГБУ ВО "Московский авиационный институт"), Фролова Ю. В. (ФГБУ ВО "Московский авиационный институт"), Харченко Н. А. (НИЯУ МИФИ/ФГБУ ВО "Московский авиационный институт"/Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (ЦАГИ),)

МОНИТОРИНГ АТМОСФЕРЫ, ЭМИССИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ CO2, СТАТИСТИЧЕСКАЯ УЗКОПОЛОСНАЯ МОДЕЛЬ, ТЕРМИЧЕСКАЯ НЕРАВНОВЕСНОСТЬ


doi: 10.18698/2309-3684-2025-3-1531


Представлена методика расчёта поглощательных и излучательных характеристик CO2 в диапазоне от 2000 до 2500 см-1 с учётом влияния термической неравновесности. Проведена серия расчётов с использованием модели line — by — line (LBL) и статистической узкополосной модели (SNB). Расчёты выполнены при различных соотношениях поступательной, вращательной и колебательных температур слоя CO2. Полученная методика показывает хорошее согласование между собой моделей LBL и SNB, а также удовлетворительно согласовывается с экспериментальными данными при расчёте величины пропускательной способности. В рассматриваемом диапазоне неравновесность по симметричной/деформационной моде практически не оказывает влияния на излучательные характеристики, в отличии от ассиметричной колебательной температуры, которая оказывает существенное влияние на значение неравновесной функции Планка.


[1] Харченко Н.А. Численное моделирование аэротермодинамики высокоскоростных летательных аппаратов. Дисс. канд. физ.-мат. наук. Москва, 2021, 112 с.
[2] Харченко Н.А., Никонов А.М. Определение распределенных аэродинамических характеристик осесимметричного тела конфигурации SOCBT при турбулентном обтекании трансзвуковым потоком. Математическое моделирование и численные методы, 2023, № 2, с. 100–128.
[3] Носенко Н.А., Харченко Н.А. Определение газодинамических параметров сверхзвуковой горячей струи в ходе процедуры валидации вычислительной схемы с использованием RANS подход. Математическое моделирование и численные методы, 2025, № 2 (46), с. 102–129.
[4] Ачасов О. В. Диагностика неравновесных состояний в молекулярных лазерах. Минск, Наука и техника, 1985, 208 с.
[5] Kudryavtsev N. N., Novikov S. S. Theoretical and experimental investiga-tions of I.R. radiation transfer in vibrationally nonequilibrated molecular gas containing CO2 and CO. International Journal of Heat and Mass Trans-fer, 1982, vol. 25, pp. 1541-1558.
[6] Кудрявцев Н. Н., Новиков С. С. Излучение и поглощательная способность молекул CO в полосе 4,7 мкм и CO2 в полосах 4,3 и 2,7 мкм при отсутствии равновесия между колебательными и поступательновращательными степенями свободы. Теплофизические свойства веществ, 1980, т. 18, № 6, с. 1161–1167.
[7] Молчанов А. М., Быков Л. В., Янышев Д. С. Расчет теплового излучения колебательно-неравновесного потока газа методом k-распределения. Теплофизика и аэромеханика, 2017, т. 24, № 3, с. 411-432.
[8] Modest M. F. Radiative Heat Transfer. London, New York, Elsevier Science, 2003, 842 p.
[9] Rothman L. S., Gordon I. E., Hargreaves R. J., et.al. The HITRAN2020 molecular spectroscopic database. Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 2022, vol. 277, art. 107949, 82 p.
[10] Rothman L. S., Gordon I. E., Barber R. J., et.al. HITEMP, the high-temperature molecular spectroscopic database. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2010, vol. 111, pp. 2139-2150.
[11] Tashkun S. A., Perevalov V. I., Teffo J-L., Bykov A. D., Lavrentieva N. N.. CDSD-1000, the high-temperature carbon dioxide spectroscopic databank. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2003, vol. 82, iss. 1–4, pp. 165–196.
[12] Herzberg G. Molecular spectra and molecular structure. Vol. 2: Infrared and raman spectra of polyatomic molecules, 9th ed. NJ, Van Nostrand Comp., 1945.
[13] Герцберг Г. Колебательные и вращательные спектры многоатомных молекул. Москва, Изд-во иностранной литературы, 1949, 648 с.
[14] Goody R., Yung Y. Atmospheric radiation: theoretical basis. Oxford, Oxford University Press (OUP), 1989, 54 p.
[15] Malkmus W. Random Lorentz band model with exponential-tailed S 1 line intensity distribution function. Journal of the Optical Society of America (JOSA), 1967, vol. 57, iss. 3, pp. 323–329.
[16] Taine J., Soufiani A. Gas IR radiative properties: From spectroscopic data to approximate models. Advances in Heat Transfer, 1999, vol. 33, pp. 295–414.
[17] Ludwig C. B., Malkmus W., Reardon J. E., Thomson J. A. L. Handbook of infrared radiation from combustion gases. Washington, NASA, 1973, 496 p.
[18] Rodgers C. D., Williams A. P. Integrated absorption of a spectral line with the Voigt profile. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 1974, vol. 14, iss. 4, pp. 319–323.
[19] Riviere Ph., Soufiani A.. Generalized Malkmus line intensity distribution for CO2 infrared radiation in Doppler broadening regime. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2011, vol. 112, iss. 3, pp. 475–485.
[20] Bharadwaj S. P., Modest M.F. Medium resolution transmission measure-ments of CO2 at high temperature — an update. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2007, vol. 103, pp.146–155.


Молчанов А. М., Фролова Ю. В., Харченко Н. А. Моделирование эмиссион-ных спектральных свойств термически неравновесного газа CO2 в диапазоне от 2000 до 2500 см-1 в атмосферах планет. Математическое моделирование и численные методы, 2025, № 3, с. 15–31



Скачать статью

Количество скачиваний: 5